[发明专利]用于减低流水线式模数转换器中的级间增益误差和非线性的基于关联的背景校准

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)请求2011年11月14日提交的美国临时专利申请No.61/559,388的优先权，该申请的内容在此通过引用以其整体并入本文。

背景技术

流水线式模数转换器(ADC)的性能通常受限于级间增益误差及非线性。增益误差可由各种因素造成，包括任意特定级中的电容器中的失配以及生成级内放大器(具有有限增益的放大器)的能力的增益的限制。引入一个级的增益误差很可能传播通过流水线中的后续级，导致不利地影响ADC输出的精度和线性度(即，ADC的总体线性度)的级间增益误差。放大器的非线性还会使得总体线性度衰退，放大器的非线性指的是放大器的输出不再是输入的线性函数。

美国专利No.7786910(“’910专利”，该申请的内容在此通过引用以其整体并入本文)的背景技术部分描述了用于增益误差校正的各种校准技术。在这些及其它传统校准技术中，随机或伪随机信号(称为抖动)被注入级中的元件-具体地，注入乘法数模转换器(MDAC)。抖动将相同的误差视为主要输入信号，所以输出中检测到的抖动中的误差表示了输入信号经历的误差。由于抖动与输入信号无关，所以其可以从输出中数字分离(通过去掉关联)。这通过利用数字关联器或利用最小方差(LMS)算法来完成。而且，通过比较分离的抖动及其理想值，可以估计出被认为是注入点传播至ADC的输出的过程发生的抖动的增益误差。

传统校准技术一个缺点是抖动信号耗尽了抖动所传播通过的ADC的每个级中的DAC的动态范围的大部分。为了克服该缺点，’910专利提出使用相对小的(低幅度)抖动信号。具有多个并行电容性分支(利用小电容器形成)的注入网络被用来产生抖动。当抖动被注入时，不是所有分支都被使用。这降低了抖动的幅度，从而节省了功率并保持了动态范围。

’910专利提出的技术，虽然适合于许多ADC应用，却受限于ADC的后端的分辨率。其它传统校准技术也存在该限制，其中它们要求后端流水线和校准精度一样精确。具体地，后端中的每个级具有有限分辨率，由可用于处理输入的位数表征。例如，如果第一级的输出将被校准成14-位的精度，则后端流水线在处理抖动时需要14-位的精度。后端被用于数字化抖动，数字化的抖动继而又被用于估计增益。由于抖动信号小于全幅(FS)输入信号，所以后端中要求更多位来实现相同的有效分辨率。在处理FS输入时，更多的位被采用，所以有效分辨率高于采用注入抖动信号之类的小信号的情况。例如，如果抖动信号的幅度是全幅信号的幅度的四分之一，则对于将被数字化成的14-位的精度的抖动信号，将要求16-位后端数字化器。如果后端的精度不足以处理抖动，则估计抖动误差时可能存在误差，这继而又会导致ADC输出的估计差。

该问题的传统解决方案是简单地增加更大分辨率，增大后端精度。然而，所包含的其它硬件消耗了额外的能量并造成性能负担。必须校准多个级(从后端开始)以确保ADC的总精度。即使这样，精度可能仍然不够，因为抖动可能相对于输入信号太小。这要求校准后端至更好的精度。在一些情况下，不可能在不添加附加级从而增大总流水线精度的情况下实现期望精度。

发明内容

本发明的示例实施例实现了流水线ADC中级间增益误差和非线性的减小。

在一个实施例中，抖动被注入至ADC中的至少一个级中的MDAC和闪存(ADC元件)的任意一个。为了防止增益误差传播，优选的是，利用根据本发明的方法校准在远离输入的级之前的与输入最近的级。

在另一实施例中，抖动是随机或伪随机产生的较小的(相对于ADC输入信号)多层次数字信号。层次的数量可以是奇数。抖动幅值可以是ADC全幅值的真分数，分母为奇数。

在另一实施例中，与用于校准的抖动相独立地，大的(增益，相对于输入)多层次抖动被注入MDAC和闪存两者。注入附加抖动的目的是降低后端级对用于校准的抖动信号的非线性的影响。

附图说明

图1示出了传统流水线ADC的框图。

图2示出了根据本发明的用于校准级间增益误差的示例性系统。

图3a示出了传统抖动注入电路。

图3b示出了适合与本发明的校准方法一起使用的另一示例性抖动注入电路。

图4示出了根据本发明的用于校准级间增益误差的示例性方法。

图5示出了根据本发明的用于校准级间增益非线性的示例性方法。

图6a示出了在抖动选自奇数个层次时流水线式ADC的第一和第二级中的级间增益误差的传递函数。